硬质合金棒长度公差是如何控制的?

硬质合金棒长度公差的控制涉及原料选择、成型工艺、烧结工艺、质量检测等多个方面。由于其极高的硬度和脆性,成型后的加工极其困难,因此公差控制主要在成型和烧结阶段完成,而非后续的机加工。

一、 核心控制原理:预补偿与过程稳定性

硬质合金在烧结过程中会发生显著的线性收缩(通常为17%-25%)。控制长度的终极秘诀在于:精确预测收缩率,并在成型时预留准确的收缩余量。这意味着,最终长度的精度在粉末压制成型时就已经被基本决定了。

二、 关键控制环节

1. 原料与混合阶段

原料波动会直接导致烧结收缩率变化。需使用粒度、粒度分布、氧含量稳定的碳化钨粉和钴粉。并确保确保碳化钨和粘结相钴(及可能添加的晶粒生长抑制剂)在混合料中均匀混合。不均匀会导致局部收缩率不同,产生弯曲或尺寸不均。

2. 成型阶段

成型模具精度:模具的型腔深度直接决定了生坯(未烧结的棒材)的长度。高精度的模具是基础。

压制工艺:

单向/双向压制:对于长径比较大的棒材,采用双向压制可以使密度沿长度方向分布更均匀,减少烧结后弯曲和端部尺寸差异。

等静压成型(CIP):对于高性能、高均匀性要求的棒材,通常采用冷等静压。将粉末装入柔性模具(胶套),在高压液体中各向均匀受压。这是获得最佳密度均匀性和尺寸一致性的关键工艺,能极大改善长度公差。

生坯重量控制:每根生坯的粉末填充量必须高度一致。自动称重和喂料系统是现代化生产的标配。

3. 烧结阶段

烧结曲线优化:制定精确的脱蜡(成型剂)、预烧和最终烧结的温度、时间、气氛(真空或低压烧结)曲线。升温速率、保温时间等都会影响收缩行为。

烧结载体与摆放:棒材在烧结炉中需要平直摆放,或使用特殊的烧结板支撑,防止其在高温软化阶段因自重而下垂变形。

烧结收缩率的稳定性:通过长期的数据积累和统计过程控制(SPC),建立特定牌号、特定批次的收缩率数学模型。

4. 后续处理

无心磨削:虽然主要用于控制外圆直径和圆度,但精磨过程也会对端面进行轻微修整,可以消除烧结端面的微小不规则,对保证长度测量基准的准确性有帮助。

研磨/抛光端面:对于长度公差要求极高的产品(如精密刀具用棒),会对端面进行研磨,提供一个光洁、平整且垂直于轴线的测量基准。

三、 检测与反馈控制

在线检测:在生坯和烧结后,使用激光测长仪、视觉检测系统等对样本进行长度抽检。

统计过程控制(SPC):持续收集成型重量、生坯尺寸、烧结后尺寸等数据,监控过程是否受控。一旦发现趋势异常,立即调整成型或烧结参数。

最终检验:使用精密量具(如数显千分尺、精密高度规、影像测量仪)对成品进行100%或AQL抽样检验。

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